| 题名 | 生态沟渠植物配置对村落污水中氮的去除效率及温室气体排放的影响 |
| 作者 | 张丰粟 |
| 答辩日期 | 2020 |
| 授予单位 | 中国科学院大学 |
| 授予地点 | 北京 |
| 导师 | 王小国 |
| 关键词 | 生态沟渠 活性氮去除 净化效率 温室气体 全球增温潜势 |
| 学位名称 | 硕士 |
| 其他题名 | Effects of different plant configurations of ecological ditches on removal efficiency of nitrogen in rural town sewage and greenhouse gas emissions |
| 学位专业 | 环境工程 |
| 英文摘要 | 全球气候变暖是当今人类面临的严峻挑战，大气中二氧化碳（CO2）、甲烷（CH4）和氧化亚氮（N2O）浓度增加引发的温室效应是气候变暖的主要成因。近年来，科学界逐渐认识到湿地是温室气体排放的重要来源，但忽视了沟渠作为陆地生态系统与水生生态系统过渡带对温室气体排放的贡献。沟渠兼具河流和湿地的双重特征，是一种人类活动影响下的半自然化的湿地生态系统。随着人类对陆地生态系统干预的不断加强，作为连接农业污水、村镇居民生活废水与河流湖泊的重要通道，沟渠上覆水中常常含有高浓度的碳、氮物质，这使得沟渠生态系统在对于污水进行净化的同时还会产生大量温室气体排放。生态沟渠对于污水中活性氮的去除净化不仅可以防治下游河流、湖泊的水体富营养化，还可以对温室气体减排起到促进作用。本研究以川中丘陵区典型生态沟渠为研究对象，在沟渠内设置石菖蒲-美人蕉、铜钱草-再力花、小叶菖蒲-水竹不同植物配置处理，并对各植被配置的氮素去除效率与温室气体排放速率开展定位观测。旨在查明沟渠植被对村落污水中活性氮去除作用和沟渠温室气体排放特征，弄清沟渠温室气体排放通量与沟渠排水的活性氮浓度的关系，探究沟渠植被组合对村落活性氮去除与温室气体排放的影响机制，为该区利用生态沟渠净化村落污水和协同减排温室气体提供科学依据。主要获得以下研究结果与结论。（1）植物配置对村落污水总氮（TN）、总磷（TP）的去除效率差异较大，石菖蒲与美人蕉组合对污水TN、TP的去除效率分别为20.4%和22.3%；铜钱草与再力花组合对TN、TP的去除效率分别为14.4%和9.0%；小叶菖蒲与水竹组合对污水TN、TP的去除效率为6.8%和26.8%。整个生态沟渠对污水TN、TP的去除效率均值分别为48.2%和36.5%，对于NH4+-N与NO3--N的净化效率显著高于其他水中污染物指标，分别可以达到58.8%和68.1%。 （2）生态沟渠全段年CO2排放通量为4.97-399.27mg C m-2·h-1 ，排放均值为128.89±31.03mg C m-2·h-1，年累计排放通量为11290.22kg·hm-2；N2O排放通量为1.12-394.30µg N m-2·h-1，排放均值为53.13±10.26µg N m-2·h-1，年累计排放通量为4.64kg·hm-2；CH4排放通量为0.02-25.09mg C m-2·h-1，排放均值为3.61±1.89mg C m-2·h-1，，年累计排放通量为316.20kg·hm-2。（3）基于100年的尺度，由三种温室气体计算得出沟渠全球增温潜势为20579.42kg·hm-2，CO2、N2O和CH4对其贡献分别占54.9%、6.7%和38.4%。经过A段石菖蒲与美人蕉组合对污水中污染物的净化，全球增温潜势由源头29643.31kg·hm-2降至28819.46kg·hm-2，降幅为2.8%；经过B段铜钱草与再力花组合对污水中污染物的净化，全球增温潜势由28819.46kg·hm-2降至16169.36kg·hm-2，降幅为43.8%；经过C段小叶菖蒲与水竹组合对污水中污染物的净化，全球增温潜势由16169.36kg·hm-2降至7133.89kg·hm-2，降幅为55.9%。（4）相关性分析发现，土壤温度对于渠内污水净化效率与温室气体排放通量的相关性系数最大。自沟渠上游至下游上覆水中的各种污染浓度降低，温室气体排放通量均有明显不同程度降低，其中沟渠CO2排放通量与水体TN、NO3--N浓度呈极显著正相关，相关性系数分别为0.692（p＜0.01）和0.802（p＜0.01），N2O排放通量与水体TN、NO3--N、DOC浓度均呈极显著正相关，相关性系数分别为0.695（p＜0.01）、0.521（p＜0.01）和0.694（p＜0.01），CH4排放通量与水体NH4+-N浓度呈极显著正相关，相关性系数为0.687（p＜0.01）。沟渠内A段石菖蒲+美人蕉的植株组合配置对于上覆水中NH4+-N的高净化效率导致经过此区段后，CH4排放通量显著下降，经过A段净化，上覆水中NH4+-N浓度下降37.6%，CH4排放通量减少76.8%；B段铜钱草+美人蕉的植株组合对于污水中氮、磷去除效率较低，相较于A、C两个区段对于三类温室气体减排作用最小。C段小叶菖蒲+水竹的植株组合配置对于上覆水中TN及NO3--N的高净化效率，显著降低了N2O、CO2的排放通量，经过C段净化，上覆水中TN、NO3--N浓度分别下降26.8%、46.8%，N2O、CO2排放通量分别下降67.3%与66.2%。 |
| 语种 | 中文 |
| 页码 | 105 |
| 内容类型 | 学位论文 |
| 源URL | [http://ir.imde.ac.cn/handle/131551/55008]  |
| 专题 | 成都山地灾害与环境研究所_山地表生过程与生态调控重点实验室 |
| 作者单位 | 中国科学院成都山地灾害与环境研究所 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 张丰粟. 生态沟渠植物配置对村落污水中氮的去除效率及温室气体排放的影响[D]. 北京. 中国科学院大学. 2020. |
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